电动列车逆变器



高铁用什么逆变器

高铁使用牵引逆变器。

高铁作为一种高速列车，其运行需要稳定的电力供应。逆变器在高铁电力系统中扮演了关键角色。具体来说，高铁使用的逆变器主要是牵引逆变器。

牵引逆变器的作用是将直流电转换为交流电，以供给高铁的电动机使用。高铁通过受电弓从接触网获取直流电，但电动机需要的是交流电，因此牵引逆变器就起到了桥梁的作用。它能够将直流电转换为适合电动机使用的交流电，确保高铁在各种运行条件下都能获得稳定的动力。

牵引逆变器是高铁电力驱动系统的核心部件之一。它不仅能够提供稳定的电力输出，还能监控和调整电机的运行状态。在高铁运行过程中，牵引逆变器会实时监测电机的运行状态，并根据需要调整输出的电力，以确保高铁能够在各种条件下稳定运行。

此外，牵引逆变器还具有其他的辅助功能，如保护电机免受过电压、过电流等异常情况的损害。总的来说，牵引逆变器的应用在高铁电力系统中至关重要，确保了高铁的安全、高效运行。

以上就是对高铁使用什么逆变器的详细解释。由于技术和应用环境在不断更新，高铁电力系统的具体配置也可能有所变化，但牵引逆变器在其中的核心地位是不变的。

和谐号CRH2型电力动车组的国产化

按照铁道部的订购合同，获订单的国外公司需把若干关键技术转让予中国公司。

株洲南车电机受让日本三菱电机提供的MT205型牵引电动机及ATM9型牵引变压器技术，产品于2005年年底开始试生产，至2007年8月20日通过铁道部考核验收。在首批60列CRH2动车组中，株洲南车电机为其中17组列车提供272台牵引电机，另为这些列车提供其中36台牵引变压器。

另有一些电机是由日立或山西永济电机提供，型号为YJ92A型。

株洲南车时代受让IGBT牵引逆变器等电气系统技术，当中牵引逆变器的国产化工作由株洲所及三菱合资的株洲时菱交通设备公司负责，在2022至2060号的39组列车的牵引逆变器中，其中31组使用了时菱产品，另有8组使用日立产品。2007年11月26日，四方向南车时代采购供CRH2使用的牵引逆变器、辅助牵引变流器、通风系统及列车信息系统，合同总值5.96亿元人民币，供货期由2008年首季开始，至2009年首季结束。

不过，日方并无转让车辆的控制软件和源代码技术予中国，倘若软件出现问题，仍需由日本技术人员解决。

高铁靠什么做的动力

高铁的动力主要来源于电能。以下是高铁动力系统的详细说明：

1. 电能获取与转换

受电弓受流：高速列车采用电动车组编组，每节动车顶部装有受电弓。这些受电弓从接触网受流获得电能，例如CRH1型列车从接触网接受25KV、50HZ的高压交流电能。电能转换：获取的电能首先经过安装在车底架上的主变压器，降压成900V、50HZ的交流电。降压后的交流电再经过网侧变流器转换成1650VDC的直流电能。该直流电最终经牵引逆变器转换成可变频、可变压的三相交流电，供给牵引电机使用。

2. 电能转换成机械能

牵引电机工作：牵引电机接收由牵引逆变器转换来的三相交流电，将电能转换成牵引列车的机械能，从而驱动列车前进。

3. 制动系统

复合制动方式：电动车组采用复合制动方式，包括电制动和空气制动。动车优先采用电制动，当低速区域的电制动停止工作或电制动出现故障时，不足的部分由空气制动补充实施。

综上所述，高铁的动力主要依赖于从接触网获取的电能，并通过一系列复杂的电能转换和机械能转换过程，最终驱动列车前进。同时，高铁还配备了高效的制动系统，以确保列车在需要时能够安全、平稳地停车。

IGBT是什么

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

定义

IGBT结构图左边所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。P+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（ Subchannel region ）。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（ Drain injector ），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。 IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。

[编辑本段]工作特性

静态特性

IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。 IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高， Id 越大。它与GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。 IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内， Id 与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。 IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT 处于导通态时，由于它的PNP 晶体管为宽基区晶体管，所以其B 值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET 的电流成为IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on) 可用下式表示 Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh 式中Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为0.7 ～1V ；Udr ——扩展电阻Rdr 上的压降；Roh ——沟道电阻。 通态电流Ids 可用下式表示： Ids=(1+Bpnp)Imos 式中Imos ——流过MOSFET 的电流。 由于N+ 区存在电导调制效应，所以IGBT 的通态压降小，耐压1000V的IGBT 通态压降为2 ～ 3V 。IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。

动态特性

IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET 来运行的，只是在漏源电压Uds 下降过程后期， PNP 晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on) 为开通延迟时间， tri 为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton 即为td (on) tri 之和。漏源电压的下降时间由tfe1 和tfe2 组成。 IGBT的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。因为IGBT栅极- 发射极阻抗大，故可使用MOSFET驱动技术进行触发，不过由于IGBT的输入电容较MOSFET为大，故IGBT的关断偏压应该比许多MOSFET驱动电路提供的偏压更高。 IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为MOSFET关断后，PNP晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间，td(off)为关断延迟时间，trv为电压Uds(f)的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间Tf由图中的t(f1)和t(f2)两段组成，而漏极电流的关断时间 t(off)=td(off)+trv十t(f) 式中，td(off)与trv之和又称为存储时间。 IGBT的开关速度低于MOSFET，但明显高于GTR。IGBT在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加。IGBT的开启电压约3～4V，和MOSFET相当。IGBT导通时的饱和压降比MOSFET低而和GTR接近，饱和压降随栅极电压的增加而降低。 正式商用的IGBT器件的电压和电流容量还很有限，远远不能满足电力电子应用技术发展的需求；高压领域的许多应用中，要求器件的电压等级达到10KV以上，目前只能通过IGBT高压串联等技术来实现高压应用。国外的一些厂家如瑞士ABB公司采用软穿通原则研制出了8KV的IGBT器件，德国的EUPEC生产的6500V/600A高压大功率IGBT器件已经获得实际应用，日本东芝也已涉足该领域。与此同时，各大半导体生产厂商不断开发IGBT的高耐压、大电流、高速、低饱和压降、高可靠性、低成本技术，主要采用1um以下制作工艺，研制开发取得一些新进展。

[编辑本段]发展历史

1979年，MOS栅功率开关器件作为IGBT概念的先驱即已被介绍到世间。这种器件表现为一个类晶闸管的结构（P-N-P-N四层组成），其特点是通过强碱湿法刻蚀工艺形成了V形槽栅。 80年代初期，用于功率MOSFET制造技术的DMOS（双扩散形成的金属-氧化物-半导体）工艺被采用到IGBT中来。[2]在那个时候，硅芯片的结构是一种较厚的NPT（非穿通）型设计。后来，通过采用PT（穿通）型结构的方法得到了在参数折衷方面的一个显著改进，这是随着硅片上外延的技术进步，以及采用对应给定阻断电压所设计的n+缓冲层而进展的[3]。几年当中，这种在采用PT设计的外延片上制备的DMOS平面栅结构，其设计规则从5微米先进到3微米。 90年代中期，沟槽栅结构又返回到一种新概念的IGBT，它是采用从大规模集成（LSI）工艺借鉴来的硅干法刻蚀技术实现的新刻蚀工艺，但仍然是穿通（PT）型芯片结构。[4]在这种沟槽结构中，实现了在通态电压和关断时间之间折衷的更重要的改进。 硅芯片的重直结构也得到了急剧的转变，先是采用非穿通（NPT）结构，继而变化成弱穿通（LPT）结构，这就使安全工作区（SOA）得到同表面栅结构演变类似的改善。 这次从穿通（PT）型技术先进到非穿通（NPT）型技术，是最基本的，也是很重大的概念变化。这就是：穿通（PT）技术会有比较高的载流子注入系数，而由于它要求对少数载流子寿命进行控制致使其输运效率变坏。另一方面，非穿通（NPT）技术则是基于不对少子寿命进行杀伤而有很好的输运效率，不过其载流子注入系数却比较低。进而言之，非穿通（NPT）技术又被软穿通（LPT）技术所代替，它类似于某些人所谓的“软穿通”（SPT）或“电场截止”（FS）型技术，这使得“成本—性能”的综合效果得到进一步改善。 1996年，CSTBT（载流子储存的沟槽栅双极晶体管）使第5代IGBT模块得以实现[6]，它采用了弱穿通（LPT）芯片结构，又采用了更先进的宽元胞间距的设计。目前，包括一种“反向阻断型”（逆阻型）功能或一种“反向导通型”（逆导型）功能的IGBT器件的新概念正在进行研究，以求得进一步优化。 IGBT功率模块采用IC驱动，各种驱动保护电路，高性能IGBT芯片，新型封装技术，从复合功率模块PIM发展到智能功率模块IPM、电力电子积木PEBB、电力模块IPEM。PIM向高压大电流发展，其产品水平为1200—1800A/1800—3300V，IPM除用于变频调速外，600A/2000V的IPM已用于电力机车VVVF逆变器。平面低电感封装技术是大电流IGBT模块为有源器件的PEBB，用于舰艇上的导弹发射装置。IPEM采用共烧瓷片多芯片模块技术组装PEBB，大大降低电路接线电感，提高系统效率，现已开发成功第二代IPEM，其中所有的无源元件以埋层方式掩埋在衬底中。智能化、模块化成为IGBT发展热点。 现在,大电流高电压的IGBT已模块化,它的驱动电路除上面介绍的由分立元件构成之外,现在已制造出集成化的IGBT专用驱动电路.其性能更好,整机的可靠性更高及体积更小。

[编辑本段]输出特性与转移特性

IGBT与MOSFET的对比MOSEFT全称功率场效应晶体管。它的三个极分别是源极(S)、漏极(D)和栅极(G)。主要优点：热稳定性好、安全工作区大。缺点：击穿电压低，工作电流小。 IGBT全称绝缘栅双极晶体管，是MOSFET和GTR(功率晶管)相结合的产物。它的三个极分别是集电极(C)、发射极(E)和栅极(G)。特点：击穿电压可达1200V，集电极最大饱和电流已超过1500A。由IGBT作为逆变器件的变频器的容量达250kVA以上，工作频率可达20kHz。

[编辑本段]模块简介

IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。 若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极—发射极间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。

[编辑本段]等效电路

IGBT模块的选择

IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。其相互关系见下表。使用中当IGBT模块集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。同时，开关损耗增大，使原件发热加剧，因此，选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。特别是用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降等使用。

使用中的注意事项

由于IGBT模块为MOSFET结构，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20～30V。因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。因此使用中要注意以下几点： 在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后，再触摸； 在用导电材料连接模块驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上模块； 尽量在底板良好接地的情况下操作。 在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极与集电极间的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为此，通常采用双绞线来传送驱动信号，以减少寄生电感。在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。 此外，在栅极—发射极间开路时，若在集电极与发射极间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于集电极有漏电流流过，栅极电位升高，集电极则有电流流过。这时，如果集电极与发射极间存在高电压，则有可能使IGBT发热及至损坏。 在使用IGBT的场合，当栅极回路不正常或栅极回路损坏时(栅极处于开路状态)，若在主回路上加上电压，则IGBT就会损坏，为防止此类故障，应在栅极与发射极之间串接一只10KΩ左右的电阻。 在安装或更换IGBT模块时，应十分重视IGBT模块与散热片的接触面状态和拧紧程度。为了减少接触热阻，最好在散热器与IGBT模块间涂抹导热硅脂。一般散热片底部安装有散热风扇，当散热风扇损坏中散热片散热不良时将导致IGBT模块发热，而发生故障。因此对散热风扇应定期进行检查，一般在散热片上靠近IGBT模块的地方安装有温度感应器，当温度过高时将报警或停止IGBT模块工作。

保管时的注意事项

一般保存IGBT模块的场所，应保持常温常湿状态，不应偏离太大。常温的规定为5～35℃ ，常湿的规定在45～75％左右。在冬天特别干燥的地区，需用加湿机加湿; 尽量远离有腐蚀性气体或灰尘较多的场合； 在温度发生急剧变化的场所IGBT模块表面可能有结露水的现象，因此IGBT模块应放在温度变化较小的地方； 保管时，须注意不要在IGBT模块上堆放重物； 装IGBT模块的容器，应选用不带静电的容器。 IGBT模块由于具有多种优良的特性，使它得到了快速的发展和普及，已应用到电力电子的各方各面。因此熟悉IGBT模块性能，了解选择及使用时的注意事项对实际中的应用是十分必要的。

逆变器与整流器有何不同？

1. 工作原理

逆变器是一种DC到AC的变压器，它的工作过程实际上是一种电压逆变的过程。转换器将电网的交流电压转换为稳定的12V直流输出，而逆变器将Adapter输出的12V直流电压转换为高频的高压交流电；两者都广泛采用脉宽调制（PWM）技术。整流器则是一个将交流（AC）转换为直流（DC）的装置，它将交流电（AC）转换为直流电(DC)，经过滤波后供给负载，或者供给逆变器使用。

2. 作用

逆变器的作用是将直流电能（如电池、蓄电瓶）转换为交流电（通常为220v50HZ正弦或方波）。简单来说，逆变器是一种将直流电（DC）转换为交流电（AC）的装置，由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。整流器则为蓄电池提供充电电压，因此它也起到了充电器的作用。

3. 使用注意

使用逆变器时，每台逆变器都有规定的直流电压接入值，例如12V、24V等，使用时必须选择与逆变器直流输入电压相匹配的蓄电池。逆变器的输出功率必须大于所连接电器的使用功率，特别是启动时功率较大的电器，如冰箱、空调，需要预留更大的余量。整流器使用时，应确保整流器/充电机具备蓄电池充电电流限流电路，将蓄电池充电电流限制在UPS额定输出容量的15%以内。同时，应有交流输入电流限制电路，一般将交流输入电流限制在满载输入电流的115%以内。

4. 应用

逆变器的应用包括为光伏并网电源系统提供DC-AC变换功能，将太阳能系统产生的直流电逆变为交流电，输入电网。在城市轨道车辆上，有一种vvvf牵引逆变器，用于变频变压，在列车牵引时将高压变为频率和电压可调的三相电供给牵引电动动机使用，在制动时可将列车惯性带动牵引电机旋转发出的三相电能转换为直流电反馈回电网或通过能量消耗模块消耗掉。整流器的应用则包括调幅(AM)无线电信号的检波，以及电焊时提供所需固定极性的电压。在需要控制输出电流的场合，可能会用可控硅（一种晶闸管）替换桥式整流中的二极管，并通过相位控制触发的方式调整其电压输出。

百度百科-整流器

百度百科-逆变器

“中原之星”动力分散型电力动车组结构组成?

中原之星电力动车组采用JD112型交流牵引电动机和先进的IGBT牵引逆变器，是中国自主研发的少数动力分散式动车组之一。这款列车是首批采用IGBT VVVF元件的车型，体现了我国在电力传动技术上的突破。通过微机网络控制技术，它的辅助电路采用集中整流与分散逆变相结合的供电方式，提高了能源效率和系统稳定性。

动车组采用新型无摇枕分散动力及非动力转向架，这使得列车更加平稳，降低了振动。其设计时速为200公里/小时，最高运营速度可达160公里/小时。在编组上，动车组包括带司机室的一等车(MC)，带受电弓和变压器的二等车(TP)，以及不同功能的动车(M、M’和T1’、T2’)和拖车(T、T2’)。其中，25DD表示动车，25DT代表拖车。

列车前端的驾驶室(DJF1-0001A和DJF1-0001B)具有现代化设施，车厢内则配置了高靠背航空座椅，椅后设有可抽拉茶桌，提升了乘客的舒适度。车厢两端设有电子信息显示系统，便于乘客获取信息。车身外观以蓝色和银白色为主，搭配桔红和白色线条，展现出科技与美感的结合。

逆变器与整流器的区别

1、工作原理

逆变器：是一种DC to AC的变压器，它其实与转化器是一种电压逆变的过程。转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电；两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制（PWM）技术。

整流器：是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。将交流电（AC）变成直流电(DC)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器。

2、作用

逆变器：逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

整流器：给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。

3、使用注意

逆变器：每台逆变器都有接入直流电压数值，如12V，24V等，要求选择蓄电池电压必须与逆变器直流输入电压一致。逆变器输出功率必须大于电器的使用功率，特别对于启动时功率大的电器，如冰箱、空调，还要留大些的余量。

整流器：整流器/充电机应有蓄电池充电电流限流电路，将蓄电池充电电流限制到UPS额定输出容量（KW）的15%。整流器/充电机应有交流输入电流限制电路，一般将交流输入电流限制到满载输入电流的115%。

4、应用

逆变器：为光伏并网电源系统提供DC-AC变换功能。将太阳能系统产生的直流电逆变为交流电，输入电网。

城市轨道车辆上有一种vvvf牵引逆变器，用于变频变压，在列车牵引时将高压变为频率和电压可调的三相电供给牵引电动动机使用，在制动时可以把列车惯性带动牵引电机旋转发出的三相电能转换为直流电反馈回电网或通过能量消耗模块消耗掉。

整流器：整流器还用在调幅(AM)无线电信号的检波。 信号在检波前可能会先经增幅(把信号的振幅放大)，如果未经增幅，则必须使用非常低电压降的二极管。 使用整流器作解调时必须小心地搭配电容器和负载电阻。 电容太小则高频成分传出过多，太大则将抑制讯号。

整流装置也用于提供电焊时所需固定极性的电压。 这种电路的输出电流有时需要控制，此时会以可控硅(一种晶闸管)替换桥式整流中的二极管，并以相位控制触发的方式调整其电压输出。

百度百科-整流器

百度百科-逆变器

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